琼东南盆地陵水凹陷S2井区梅山组物源

欧阳杰,胡 斌,杨金海,冷济高,邓 盾

(1.中海石油(中国)有限公司海南分公司,海口 570100;2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学),成都 610059)

琼东南盆地是新生代形成的断拗盆地,面积3.4×104km2,位于南海北部大陆边缘。琼东南盆地规模最大的两个次级构造分别是乐东凹陷、陵水凹陷,具有沉积厚度大、高温超压特征［1-2］。琼东南盆地勘探程度较低,自20世纪80年代以来,只在崖南凹陷发现崖城13-1大气田,而在陵水凹陷南部LS22、LS17、深凹区LS25及北部斜坡区S2等均为小型气田,深水区中新统梅山组大型岩性油气藏为目前主要的勘探方向之一。针对梅山组的勘探指导思想是以“源-汇”分析为基础,开展海底扇分布规律和成藏研究［3-4］,力求寻找大型岩性(地层)气藏,复制中新统黄流组峡谷水道勘探思路,力求勘探取得大突破。但陵水凹陷区多口井钻控证实,梅山组海底扇块状砂岩具有分布范围广、沉积厚度大、侧向连通好、成藏条件差等特点,不具备形成大型气藏条件,这与前期认识存在较大出入。目前,有利成藏条件的斜坡区再次进入勘探视野,尤以S2井区成藏条件最优。前人研究认为,S2井区为斜坡区过路水道沉积,物源来自北部海南岛,甚至可能存在东北部的神狐隆起物源。本次研究基于最新的重矿物分析、痕量元素及稀土元素等数据,以“源-汇”分析为指导,开展S2井区梅山组物源研究,以期为陵水凹陷北部斜坡带乃至陵水凹陷梅山组油气勘探起到启发和借鉴作用。

1 地质背景

琼东南盆地位于海南岛和西沙群岛之间的新生代断陷盆地,总体呈NEE向展布。陵水凹陷位于琼东南盆地中央拗陷区西部,北靠中部隆起区,南部受控于陵南低凸起,西接乐东深凹陷,东部与松南低凸起相邻(图1)。陵水凹陷具有典型的“下断上拗”双层结构,构造演化经历了两个阶段：古近纪断陷阶段和新近纪至第四纪裂后拗陷阶段。钻井揭示该区自下而上依次沉积了渐新统崖城组、陵水组,中新统三亚组、梅山组、黄流组,上新统莺歌海组及第四系。目的层梅山组分为两个亚段,自上而下分别为梅一段、梅二段。S2井区位于陵水凹陷北部斜坡区2号断裂带北侧,紧靠陵水低凸起。梅山组沉积时期,陵水凹陷总体上为半深海—深海沉积体系［5］。

图1 琼东南盆地陵水凹陷构造简图Fig.1 Tectonic units of Qiongdongnan Basin

2 物源特征

2.1 岩石矿物学特征

研究区6口井的砂岩薄片观察与鉴定结果表明,梅山组储层岩石类型以石英砂岩、岩屑石英砂岩、岩屑砂岩和长石岩屑砂岩为主,不同构造带岩石类型不同(图2)。北部斜坡S2井区梅山组岩性为厚层泥岩夹薄层粉、细砂岩互层,砂岩主要为长石石英粉砂质极细砂岩、岩屑石英粉砂质极细砂岩;而深水区岩性为厚层状砂泥岩互层,砂岩整体上偏粗,主要为岩屑长石石英不等粒砂岩、长石石英含砾不等粒砂岩、长石砾状细-中砂岩。石英多以单晶为主,多晶极少,指示远源沉积特征,其中S2井区单晶石英平均质量分数(w)为54%,深水区平均质量分数为46%。

图2 琼东南盆地陵水凹陷梅山组储层砂岩类型三角图Fig.2 Sandstone composition classification for Meishan Formation,Lingshui Sag,Qiongdongnan Basin

2.2 重矿物特征

根据11口井梅山组的重矿物数据,分为陆源和自生两部分。整体看,北部陆架区(包括S2井区)以陆源为主(质量分数近80%),自生矿物含量较低,质量分数一般小于30%;而深水区如W井区以自生重矿物为主(约占68%),陆源物质则相对较少。盆地北部靠近陆源方向,受陆源沉积物质影响较大,远离物源的深水区(W井区),则受北部物源区影响较小。

研究区梅山组重矿物ZTR统计结果表明：(1)北部陆架区、S2井区及W井区,重矿物组合为磁铁矿+锆石+电气石+白钛矿,母岩以岩浆岩为主,部分为变质岩、沉积岩,与海南岛宁远河沉积物重矿特征表现一致［6］,明显受海南岛西部物源供给控制,而与海南岛东部陵水河、万泉河及神狐隆起物源差异较大;(2)B2井区,重矿物为白钛矿+锆石+电气石组合,母岩类型表现为岩浆岩与沉积岩含量相当、少量变质岩的特点,反映该区受越北物源注入影响;(3)W井区,重矿物组合为白钛矿+锆石+电气石,母岩类型以沉积岩为主,显示该区物源供给明显不同于以上两个区域,具有明显混源特征,不仅混有海南岛物源、越北物源,可能还有部分越东物源的影响(图3)。重矿物分布特征与前人研究成果具有可对比性［7］。

图3 琼东南盆地陵水凹陷梅山组重矿物分布图Fig.3 Heavy mineral distribution of Meishan Formation in Lingshui Sag,Qiongdongnan Basin

2.3 地球化学特征

研究区共计整理和搜集到6口井21个梅山组样品的主元素、痕量元素、稀土元素数据,其中14个砂岩样品和7个泥岩样品,其特征如下。

2.3.1 主元素

SiO2的来源主要为石英、长石和黏土矿物,其质量分数为57%～84%,平均为75%。其中泥岩SiO2平均质量分数为52%,北部陆架区S2井砂岩SiO2质量分数为55%,与W井区深水区74.74%相比明显偏低。Al2O3主要来源于钾长石、云母和黏土矿物,其质量分数为2.68%～20.5%,变化范围较大,砂岩、泥岩中Al2O3的平均质量分数分别为6.27%、16.3%,全区砂岩中Al2O3的含量变化不明显。Fe2O3的来源主要与氧化铁或含铁黏土有关,质量分数为1.16%～5.33%,其中S2井区Fe2O3平均质量分数为5.26%,深凹区平均含量远低于斜坡区,其质量分数只有2.0%。MgO的质量分数在1%左右,与Fe2O3分布特征相似,斜坡区远大于凹陷区。其余主元素差异不明显。主元素差异与石英、长石、黏土矿物等碎屑组分含量差异有关。

2.3.2 痕量元素

相对于中国大陆沉积物痕量元素丰度,梅山组沉积物具有极高的Cu(质量分数为42.20×10-6)、Zn(137.10×10-6)、Pb(176.65×10-6)、Ga(3078.78×10-6)、Sr(481.87×10-6)、Ba(23.013‰);较高的Cr(64.29×10-6)、Cd(0.74×10-6)和较低的 Li(22.09×10-6)、Y(16.93×10-6)、V(56.03×10-6)、Co(7.54×10-6)、Be(1.54×10-6)、In(0.04×10-6);Th、U、Rb、Sc、Nb、Zr和过渡元素Ni、Cr等含量相近。Ba、Sr的含量主要与海相沉积有关,而极高的Cd、Ga、Cu、Zn、Pb和较低的 Li、Be、In、Y含量主要是由于S2、B2井区物源差异导致。统计表明,陆架斜坡区大部分砂岩样品都表现为一定程度的“亲陆性”,与海南岛沉积物的含量特征基本相似,与红河沉积物差异较大。

2.3.3 稀土元素

稀土元素总质量分数(wREE)平均为138.44×10-6,低于上地壳(UCC)稀土元素总量(164.37×10-6),导致wREE偏小的主要原因是由于砂岩中较高的石英含量;轻重稀土元素比值wLREE/wHREE平均为9.06,(wLa)N/(wYb)N平均为11.25,指示轻稀土元素富集,重稀土元素亏损。稀土元素配分模式具有相似的右倾特征,且轻重稀土分馏明显(图4);δCe平均为1.025,δEu平均为1.99,远高于澳大利亚后太古代页岩平均值(PAAC)(0.65)和上地壳(UCC)(0.70)。B2井区显示强δEu正异常特征,S2井区则显示弱δEu正异常特征,表明该区域物源具混源特征(图4)。

图4 陵水凹陷梅山组砂岩REE球粒陨石标准化蛛网图Fig.4 Chondrite-normalized REE distribution pattern of Meishan Formation,Lingshui Sag,Qiongdongnan Basin

4 讨论

4.1 物源性质

碎屑岩中Al2O3主要赋存在长石中,TiO2赋存在铁镁质矿物中。K2O/Al2O3比值(质量分数之比)大于0.5,指示钾长石相对富集;其比值小于0.4,则表明钾长石匮乏。因此,可根据TiO2、Al2O3与K2O/Al2O3、K2O/Na2O比值关系来判断物源区。研究区Al2O3含量明显高于TiO2,说明源区长英质组分含量高;K2O/Al2O3比值平均为0.32,大部分样品小于0.4,显示钾长石匮乏,这与薄片鉴定结果吻合,即研究区岩性主要为岩屑砂岩,少量岩屑长石砂岩。物源判别图显示研究区梅山组砂岩和泥岩样品为大陆边缘沉积,以远源沉积物质为主,母源类型主要为长英质岩石——花岗岩,次为花岗闪长岩和闪长岩。但依据B.P.Roser等［8］提出的主要元素判别函数物源特征图显示,大部分投点都在石英质沉积岩物源区,少部分落在中性火成岩物源区和长英质火成岩物源区(图5-A),说明研究区沉积物为古老的石英质沉积物源区的强烈风化、搬运再沉淀。

图5 陵水凹陷梅山组的沉积母岩性质判别Fig.5 Discrimination for provenance of Meishan Formation,Lingshui Sag,Qiongdongnan Basin(A)图作图方法据B.P.Roser等［8］;(B)图中：①沉积岩,②大洋拉斑玄武岩,③玄武岩,④大陆拉斑玄武岩,⑤碱性玄武岩,⑥花岗岩,⑦金伯利岩,⑧碳酸盐岩

稀土元素在沉积岩中相对稳定且基本不受成岩作用和变质作用影响,可用wREE-(wLa/wYb)判别图解来判断源区性质［9］。研究区梅山组样品主体落在沉积岩和花岗岩的交汇区,少许落在沉积岩区(图5-B),说明梅山组物源来自沉积岩和花岗岩,与主元素判别函数分析结果可以相互验证。稀土元素配分模式图上显示,研究区各构造带配分特点有差异,陵水S井区和崖城B井区呈δEu正异常特征,具有一定混源特征。说明在S井区梅山组在F2断裂带以上并不只是由于侵蚀下切谷沉积,物源不仅有来自海南岛东部(东北部),还混有西部,特别是自西向东的远距离物源,在重矿物分布特征上也得到验证。说明琼东南盆地西北部陆架区在梅山组沉积期存在多物源特征,北部隆起区存在西部(西北部)远距离物源,并且影响范围至少至T1井区,即S井区在梅山组沉积期受北部(西北部)海南岛物源影响范围非常有限。

4.2 源区古风化作用

物源区母岩中所含不稳定的氧化物(CaO、Na2O、K2O和MgO)和相对稳定的氧化物(Al2O3、ZrO2、TiO2)在母岩遭受风化作用或是成岩过程中的化学交代作用后其含量会发生明显的变化,所以在对沉积物的研究中,经常通过一些指数,如化学蚀变指数CIA［10-13］、斜长石蚀变指数PIA［13］、化学风化作用指数CIW［14］和成分变异指数ICV［15］来判断母岩的古风化强度和化学蚀变强度。一般认为,上述指标<65%为低化学风化,65%～85%时属于中等化学风化,>85%表示强化学风化。陵水凹陷梅山组样品CIA、CIW和PIA具有较好的正相关关系,CIA平均为48.86%,CIW平均为60.55%,PIA平均为50.69%,砂岩均表现为低化学风化阶段,特别是钙质粗砂岩样品,CIA、CIW、PIA和ICV均小于10%,而泥岩样品要远高于砂岩样品。在砂岩样品中,S2井区CIA平均只有23%,呈现明显低值,反映近物源特征;而在B井区、W井区CIA相差不大,平均为55%,表现为低化学风化作用,但远高于S井区。

4.3 沉积物的成熟度

随着石英含量的增加,长石和基性矿物减少,成分成熟度高,对应SiO2/Al2O3比值(质量分数之比)也越大,进而提出应用SiO2/Al2O3比值判别沉积物的成熟度,其比值越大,说明成熟度越高［16］。统计结果表明,研究区砂岩SiO2/Al2O3比值平均为12.8;而深水W井区为13.9,沉积物均呈现高成熟;B2井区为5.3,为全区最低;S2井区介于两者之间,平均为7.8。由此可见,B2井区沉积物成熟度较低,次为S2井区,W井区则呈现高砂岩成熟度。

4.4 物源与油气成藏匹配关系

S2井区位于北部斜坡带,发育大量近南北向水道,是砂体富集的地区,从目前研究看这部分砂体普遍偏细,物性较好,孔隙度为10%～15%。其上倾方向因受F2断裂错断或者因连接峡谷泥质充填而导致侧向封堵,东、西方向及上、下均可由深水披覆泥构成封盖和封堵,从而形成岩性圈闭、断块圈闭和地层圈闭。

5 结论

a.琼东南盆地陵水凹陷S2井区梅山组沉积期物源方向主要来自海南岛西部(西北部),而海南岛东北部物源对S2井区及陵水凹陷影响范围有限。

b.研究区沉积物为古老的石英质沉积物源区的强烈风化、搬运再沉淀作用的结果,S2井区砂岩成熟度中等,明显低于凹陷区。

c.陵水凹陷S2井区梅山组为斜坡水道沉积,砂体成熟度高,物性好,岩性、断块和地层圈闭可作为其主要勘探目标。